離心泵軟填料密封問題的分析與對策

夏永忠

【摘 要】軟填料密封是一種既可靠又低廉的水泵密封方法，在離心泵的密封應用較為廣泛。但相對于機械密封，離心泵的軟填料密封容易失效是現實存在的問題。

【Abstract】Soft packing seal is a reliable and low-cost sealing method for pump， which is widely used in the sealing of centrifugal pump. But compared to the mechanical seal， it is a real problem that the soft packing seal of centrifugal pump is easy to fail.

【關鍵詞】泵； 軟填料密封； 分析與對策

【Keywords】pump； soft packing seal； analysis and countermeasures

【中圖分類號】TH311 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0110-02

1 引言

為了提高軟填料密封的壽命，應當從軟填料密封的結構設計上做提高，此外還應當從軟填料密封失效原因分析入手，有針對性地加以對策。離心泵具有耐久、密封的特點，因其性能優異，在機械工業中很受重視。但是，離心泵的軟填料密封會失效，這一問題卻較為常見，影響了它的使用。那么，究竟離心泵的軟填料密封為什么會失效，如何改進和提高使用壽命，是本文要探討的重點。

2 離心泵的軟填料密封結構

圖1為軟填料密封的結構形式。其中圖a）為一般軟填料密封，結構較為簡單可靠。泵軸做旋轉運動，軸的表面與靜止狀態的軟填料密封環形成滑動摩擦，劇烈的摩擦會使軟填料密封環的壽命大大降低。為了提高該種密封結構中軟填料密封環的使用壽命，又改進出圖b）的帶水封環的軟填料密封結構，該結構是在前述的一般軟填料密封結構的基礎上增加了水封環2和軸套3。由于有了水封環，在軸套與軟填料密封環之間形成一薄層水膜，可使軸套與軟填料密封環之間的劇烈滑動摩擦大大降低，有效提高軟填料密封環的使用壽命。當然，該結構雖然對降低軸套與軟填料密封環之間的劇烈滑動摩擦有所裨益，但由于其水封環的封水量很小，水膜溫度升高很快，消耗水環內存水，因此要不停地往密封水環內添水，還是感覺有所不足。于是，在此基礎上，又發展出圖c），帶冷卻室的軟填料密封結構。實際上，該結構是在圖b）基礎上的改進，將水環擴大，變為一個大體積的“空腔”，然后讓該腔內的冷卻介質形成循環，更有利于軟填料密封環在較低溫度下工作，從而提高其使用壽命。

上述三種密封結構都少不了軸向的壓緊調節裝置，圖a）、 圖b）的配置在左端，圖c）配置在右端。軟填料裝在填料箱內，軸向的壓緊調節裝置擠壓軟填料，產生軸向壓縮變形，同時引起填料產生徑向膨脹的趨勢，而填料的膨脹又受到填料箱內壁與軸表面的阻礙作用，使其與兩表面之間產生緊貼，間隙被填塞而達到密封。適當的壓緊力使軸與填料之間保持必要的液體潤滑膜，可減少摩擦磨損，提高使用壽命。

3 軟填料密封失效原因分析

3.1 油封結構設計問題

離心泵的軟填料密封結構設計是否合理，是軟填料密封失效的關鍵因素。

其一是軟填料環的圈數設計應適當，若圈數過少，則密封不夠可靠，圈數過多，又影響泵的整體結構，使其失之緊湊。

其二是軟填料的材質選擇應合理： 傳統的離心泵用軟填料多為天然纖維類填料，如麻、棉、毛等，再輔以特殊的油膏，其價格低廉，但性能較差，密封效果不佳。目前已發展出金屬軟填料、碳素纖維填料、柔性石墨填料等用于離心泵的軟填料，它們的性能好，適應的范圍也廣，值得應用。

其三是散熱、冷卻能力的設計：例如圖1中的圖a）結構就存在散熱、冷卻能力不足的問題，即便是圖1中的圖b）結構，由于水環的存水量太小，冷卻能力還是受限的，而圖1中的圖c）結構就比較完美地解決了散熱與冷卻能力的設計問題。

3.2 應力松弛造成密封工作穩定性差

泵用軟填料密封結構中的軟填料在軸向壓緊調節裝置的作用下，內部將產生軸向和徑向應力，當然，周向同樣會產生應力。隨著泵的長期工作，軟填料不斷在磨耗，若不及時調節，其將產生所謂“應力松弛”。一旦產生應力松弛，密封效果就會受到影響，將致使密封工作穩定性變差。

3.3 軟填料自動補償能力問題

既然軟填料在工作中與軸形成滑動摩擦，其磨損是較大的，磨損后，填料與軸桿、填料箱內壁之間的間隙加大，如果沒有自動補償機構，則隨著軟填料的磨損，泄漏量將逐漸增大。

4 提高離心泵軟填料密封性能的對策

4.1 結構設計的合理與優化

①改進密封結構，在填料環之間加入自動補償機構[1]。

填料沿填料長度涵方向的徑向應力分布不均勻，隨著水泵工作狀態時刻變化和工作周期的增長，填料的磨損程度逐漸加大，即填料與軸的間隙越來越大，從而導致軟填料密封的泄漏增加，因此總是通過人工調節壓蓋螺栓來調節填料的預緊力。為了增大軟填料密封的壽命，經過仔細的實驗研究得出如下三種改進方法：

第一種就是將金屬環、軟填料環、圓柱形彈簧交替組合安裝，通過分別調節各層軟填料環的壓縮力，從而得到最佳的徑向應力分布。

第二種是將一組軟填料環安裝在一個可以軸向移動的金屬套筒中，將圓柱形彈簧安裝在壓蓋螺栓內，通過調節壓蓋螺栓來調節預緊力。

第三種是將金屬環和填料環做成不同規格，使金屬環和軟填料沿填料涵底方向逐漸減小，從而在壓蓋的作用力下，軟填料的徑向應力相應逐漸增加，使得徑向應力獲得合理分布。

②關于軟填料環的圈數設計問題，一般其圈數在5至7圈為宜。

③軟填料的材質選擇問題，其原則是：一是有一定的彈塑性，當水泵填料受軸向壓緊時能有一定的補償能力（追隨性）；二是有一定的強度，使水泵填料不至于在未磨損前先損壞；三是化學穩定性高，不被流體介質腐蝕和溶脹，同時也不污染介質；四是不滲透性好，對填料的組織結構致密性要求高，對填料制作時需要進行浸漬、充填相應的填充劑和潤滑劑；五是導熱性能好，易于迅速散熱，且當摩擦發熱后能承受一定的高溫；六是自潤滑性好，即摩擦系數低、耐磨損。

④優化散熱、冷卻能力的設計。可利用如今大數據、云計算的優勢，通過對大量的軟填料散熱設計數據，對泵軟填料密封進行優化設計，使其完全符合實際散熱要求。

4.2 精準控制對軟填料的壓緊力度

對軟填料壓緊力度的控制是個較為關鍵的措施。壓緊力過小，縫隙就大、泄漏就大；而壓緊力過大，又難以形成潤滑液膜，將使密封面呈近乎干磨擦狀態，造成填料磨損嚴重，密封壽命將大大縮短。因此，對軟填料壓緊力控制的力度較為重要，過大、過小都不行，以適當為宜，這就需要精準控制。

4.3 消除泵的氣蝕并減輕腐蝕

氣蝕是水力機械所特有的現象，它會使過流部件產生剝蝕破壞、加大振動和噪聲、引發抽空并進而致使泵的性能嚴重下降。由于輸送介質的溫度有一個規定范圍，工作人員必須對其進行控制，需要注意在泵開啟之前，一定要同步開啟入口閥，以防出現泵體未放空的狀況。

另外，泵在抽送介質時，被抽送的介質不可避免會與密封件之間有所接觸。如果被抽送的介質腐蝕性較強，那將嚴重影響密封件的壽命。應當選用能耐腐蝕的材質密封。此外還要做好定期保養工作，適時替換超過保養期限的密封件，并對相關零件進行清洗保養，涂以高純度耐腐透平油，以有效減輕腐蝕引起的密封失效。

5 結語

離心泵的軟填料密封具有經濟、實用的優點，但其容易泄漏是其致命之處，如何盡量避免其失效，需要在結構設計、壓緊控制、運行維護、保養等多方面加以研究和控制，可取得好的效果。

【參考文獻】

【1】田太琳.污水泵填料密封泄漏的原因及對策[J].化學工程與裝備， 2013，493（4）：178-180.